Тема контрольной работы
«Фундамент информационнойсистемы»
Введение
В истории человечества столетия принято именовать в соответствии снаиболее значимым технологическим прорывом, который имел место в это время.Конечно, все слышали о Бронзовом, Железном и Золотом веках. Прошедшее столетиеназывают Индустриальным веком, а век настоящий претендует стать Информационным.
Еще 15-20 лет назад мировая экономика имела дело исключительно сматериальными ресурсами. Именно из-за них в прошлом веке произошли две мировыевойны, множество локальных конфликтов, гражданских войн и революций. Земля иприродные ресурсы (нефть, уголь, руда, минералы, лес), а также труд людей имощь машин были необходимыми условиями роста национального валового продукта вовсех странах мира. Это же составляло и суть основных фондов корпораций ипредприятий.
100-200 лет назад природные ресурсы были главными источникаминационального богатства. Потом «первую скрипку» играл капитал в виде денег,недвижимости и машин, а сегодня «материальный капитал» уступает место «капиталуинтеллектуальному», лежащему в основе «информационной экономики».
В наше время знания и информация стали первичным сырьем экономикии ее важнейшей продукцией. Умение управлять интеллектуальным капиталомстановится основной экономической задачей бизнеса.
Почему знания и так тесно связанная с ними информация составляютоснову современной экономики? Отбросив множество доводов, остановимся лишь нанекоторой цифровой интерпретации.
Рассмотрим, например, такой продукт, как микросхемы (чипы), без которыхсегодня уже мало какая индустрия обходится. То, что стоимость всех продаваемыхмикросхем превышает стоимость выплавленной за такой же период той же стали,говорить не приходится. Если, например, Украина зарабатывает на производствестали $5-6 млрд. в год, то доходы Тайваня на производстве чипов на порядокбольше. Но суть даже не в этом. Если рассмотреть те чипы, которыеизготавливаются из обыкновенного песка, то дороже всего обходится ихпроектирование и создание производящих их конвейеров, т. е. ценитсяинтеллектуальное, а не материальное или физическое содержимое.
Каждые $6 из 9, затрачиваемых при производстве пары джинсов, тратятсяна информацию, а не на покраску куска ткани, покрой и пошив «штанов». Адвокатили эксперт берут сотни долларов за час своей работы, оплачивая не свой стол,бумагу или компьютер. Это плата за их профессионализм (знания). Примеровэффективного использования знаний и информации можно приводить бесчисленноемножество.
Сегодня даже деньги теряют свою физическую осязаемость,превращаясь в виртуальные купюры. Как это ни печально, знания воплощаются и в«умные бомбы», и в другие средства уничтожения людей.
Все современные компании стремятся быть интеллектуальными. Это уженеоспариваемый факт. Скептики скажут: «Без еды, одежды, домов, автомобилей необойтись, и их не заменит никакая информация и знания о них». Конечно, нет.Крупнейший капиталист наших дней, председатель правления Microsoft Билл Гейтстратит огромные средства на содержание роскошного особняка и модныхавтомобилей. Кстати, стал он таким именно благодаря производствуинтеллектуальной продукции. Значит, потребность в ней есть.
Индустриальная революция, начавшая индустриальный век, не отмениласельское хозяйство, потому что людям просто нужна пища. Информатизация неотменит легкую и пищевую промышленности, так как нам по-прежнему нужны джинсы,банки с пивом и колбаса. Не отменит и тяжелую промышленность, и автомобили, исамолеты. К сожалению, не отменит и производство вооружений.
1. Компьютеры и серверы
1.1 Путь в полсотни лет
Первым компьютером принято считать электронную вычислительнуюмашину (ЭВМ) ENIAC, созданную Эккертом и Мочли в 1946 году. Она весила около 30тонн и содержала более 18 тыс. электронных ламп (сравните: современныепроцессоры содержат более 10 млн. транзисторов, весят сотни граммов и имеютобъем в несколько десятков кубических сантиметров). Это первое вычислительноеустройство было действительно цифровым: данные представлялись не в видеизмеряемой физической величины (например, напряжения, как в аналоговыхустройствах), а кодировались с помощью двух цифр — 0 и 1.
Промежуточные результаты вычислений ENIAC сохранялись в небольшой,но быстродействующей электронной памяти, а программирование производилосьустановкой переключателей в положение «включено-выключено» на панелиуправления. Устройства ввода-вывода строились на основе механических деталей.
В 1952 году в Киеве академиком С. А. Лебедевым была создана самаябыстродействующая в Европе ЭВМ, известная как БЭСМ.
В 1948 годуШокли и Бардиным в США был изобретен полупроводниковый прибор, получившийназвание «транзистор». Именно транзистор был основным элементом компьютероввторого поколения (до середины 60-х годов). Применение транзисторов вкомпьютерах позволило резко уменьшить габариты, массу, потребляемую мощность, атакже повысить быстродействие и надежность вычислительных систем.
Третье поколение — это компьютеры на микросхемах с малой степеньюинтеграции (начало 70-х годов). (Микросхема была изобретена в 1958 году Дж.Килби в США). Первая ЭВМ на микросхемах IBM 360 была выпущена в США в 1965году. В СССР большие ЭВМ (мэйнфреймы) третьего поколения были представленысерией ЕС (ЕС-1022 — ЕС-1060), которые были аналогами IBM 360 и IBM 370.
С середины 70-х годов и по настоящее время используются компьютерычетвертого поколения (на микропроцессорах). Микропроцессор представляет собоймикросхему с большой степенью интеграции, которая объединяет арифметическое илогическое устройства. Первый микропроцессор Intel 4004 был выпущен в США в1971 году, а первый персональный компьютер Apple на базе микропроцессора откомпании Motorola появился только в 1976 году. Именно этот персональныйкомпьютер имел большой коммерческий успех и положил начало компьютерамMacintosh (Mac).
В 1981 году появился и первый компьютер фирмы IBM, который получилназвание IBM PC. Он был сделан на базе 16-разрядного микропроцессора Intel8088, а размер его оперативной памяти составлял 1 Мб. Фактически он сталстандартом персонального компьютера архитектуры PC. В 1983 году на базе Intel8088 был выпущен компьютер IBM PC/XT, содержащий жесткий диск. СейчасIBM-совместимые компьютеры составляют 90 % всех производимых в миреперсональных компьютеров (ПК).
Начиная с начала 90-х годов, идет безудержная гонка за увеличениечастоты процессоров. Сегодня частота процессоров Pentium и AMD уже составляетболее 3000 МГц (3 ГГц), в то время как этот параметр для первых ПК составлялдесятки МГц.
1.2 Персональные компьютеры
ПК получили наибольшее распространение, находясь на 90 % рабочихмест офисов. В состав стандартной конфигурации ПК входят:
— системный блок;
— монитор;
— клавиатура;
— мышь.
Системный блок включает в себя следующие базовые устройства, обеспечивающиеработу компьютера:
— процессор;
— микросхемы (чипы) оперативной памяти (внутренняя память);
— накопители на гибких и жестких магнитных дисках (внешняяпамять);
— платы расширений (графическая, сетевая, звуковая и др.);
— дисковод CD-ROM;
— источникпитания и др.
При этом основные устройства компьютера (процессор, чипы, платырасширений) размещены на материнской плате, на которой находится чипсет (набормикросхем), обеспечивающий связь всех элементов материнской платы.
Кпериферийным устройствам ПК относятся устройства ввода и вывода информации.Клавиатура, мышь, накопители на гибких дисках, модем, сканер, световое перо,джойстик, трекбол, микрофон — это устройства ввода символьной, командной иречевой информации в ПК.
Обработанная ПК информация передается на устройства вывода: монитор,принтер, плоттер, накопители на гибких магнитных дисках, сменные дисководы,звуковые колонки, встроенный динамик, модем.
1.3 Международные экологические стандарты для мониторов
Low Radiation. На многих мониторах можно увидеть надпись LowRadi-ation, что значит «слабое излучение».
Energy Star ЕРА. Стандарт американского ведомства по охранеокружающей среды предписывает неработающим мониторам потребление мощностимаксимум 30 Вт. Способы экономии не указываются.
MPR-II. Наименее требовательная из норм шведского Совета по измерительнойтехнике и испытаниям (SWEDAC) ограничивает максимальный уровень электрических имагнитных полей.
ТСО-92. «Ужесточенный» вариант стандарта MPR-II (предложен шведскимпрофсоюзом служащих). ТСО-92 включает последующие испытания на электрическую ипротивопожарную безопасность.
ТСО-95. Спецификация ТСО-95 расширяет требования ТСО-92. Ограничения наэлектрические и магнитные поля не превышают требований ТСО-92, однакодопустимые нормы распространены на компьютеры в целом, включая устройства иклавиатуру.
ТСО-99. Спецификация, содержащая повышенные требования к электромагнитнойи экологической безопасности электронных устройств.
Vesa DPMS. Display Power Management System определяет унифицированнуюпроцедуру для энергосбережения и ступенчатого выключения монитора в три приема:начиная с активногорежима (On) к резервному (Standby), через режим ожидания(Suspend) до режима отключения (Off).
1.4 Серверы
1.4.1 Общие сведения
Информационнаясистема (ИС) предприятия обслуживает потоки данных, используемых различнымиподразделениями (отделами). Это информация о технологических процессах, документах,товарно-материальныхценностях, аналитические и статистические сведения об управленческой деятельности,о трудовых и других ресурсах, бухгалтерские отчеты и т. д. Кроме того,предприятию необходим доступ к электронной почте и Интернету, распределеннаяобработка данных, управление сетями, защита информации, обмен сообщениями имногое другое. И здесь без центральных компьютеров, с помощью которыхобеспечивается управление ИС, называемых серверами, просто не обойтись.
Как правило, основным классификационным признаком серверов является«масштаб», например, говорят о серверах масштаба предприятия, отдела, рабочейгруппы.Хотя, конечно же, это деление условно. Для сервера масштабапредприятия важными являются показатели вычислительной мощности, емкостиподсистем хранения данных, пропускной способности внутренних и внешних шин. Кэтим серверам предъявляются наиболее высокие требования по отказоустойчивости ивремени восстановления работоспособности после сбоя.
Аппаратно серверы — это те же ПК, хотя и есть некоторыепринципиальные отличия. Это, прежде всего, многопроцессорность, специальныестойки жестких дисков, возможность горячей замены жизненно важных компонентов(процессоров, дисков, блоков питания, вентиляторов, контроллеров и модулейпамяти).
Проектирование серверного парка начинается с анализа прикладныхзадач, динамики роста количества задач, их разнообразия и объемов, что позволяетзадать требования к надежности, масштабируемости и модульности.
Очевидно, что когда говорят о модульности, то понимают неотдельный сервер, очень похожий на системный блок обычного настольного ПК,пусть даже увеличенный в несколько раз («толстый» сервер). Для серверов модульногоисполнения существует промышленный стандарт — это 19-дюймовые (482,6 мм)шкафы-стойки (rackmount) (рис. 3). Указанный размер измеряется по переднейстенке устройства: сервера, сетевого концентратора или коммутатора, источникабесперебойного питания («тонкие» серверы).
Появлениеаппаратных серверов обусловило и появление программных серверов, которыевыполняют все действия по обработке информации по запросу с рабочих станций.Как правило, на аппаратном сервере устанавливается серверная программа, а нарабочих станциях — клиентское программное обеспечение. Очень часто, когдаразговор едет о типе сервера, то аппаратный и программный сервер совпадают,если на аппаратном сервере устанавливается только один программный сервер. Насамом же деле на одном аппаратном сервере может устанавливаться несколькопрограммных серверов.
1.4.2 Некоторые типы серверов
Файловый сервер. Обеспечивает совместное использование дискового пространстваи размещенных на нем данных (файлов, программ). Основными факторами,определяющими вычислительную мощь файлового сервера, являются:производительность дисковой системы и сетевых интерфейсов, объем оперативнойпамяти, быстродействие файловой системы и производительность процессора.
При эксплуатации файлового сервера особое внимание уделяют созданиюотказоустойчивого дискового RAID-массива, а также протоколам кэшированияданных, как с точки зрения ОС, так и внутри контроллера дискового массива.Одним из главных аспектов, определяющих производительность и надежностьфайлового сервера, является файловая система (см. далее).
Разновидностями файлового сервера можно назвать FTP- и Web-серверы,как правило, отображающие статические данные (страницы).
SQL-сервер. В основу работы этогосервера положен тривиальный принцип: клиентская станция посылает запрос к базеданных. Этот запрос обрабатывается средствами сервера, после чего результатызапроса возвращаются клиенту. При этом все операции по управлению данными,контролю их целостности и связанности обеспечивает программное обеспечение сервера.На сервере выполняются все операции по вычислению и обработке данных. Если прифайл-серверной архитектуре обработка данных выполняется на рабочих (клиентских)станциях, то в клиент-серверной эта нагрузка ложится на одну систему — сервер.
NNTP- и E-mail-серверы. Сервер конференций (NNTP Server) служит длясовместного доступа пользователей к некой структурированной информации(конференции), упорядоченной по тематике и времени. Его принципиальное отличиеот сервера электронной почты (E-mail Server) в том, что процесс обсужденияпроисходит публично и круг общения практически не ограничен. NNTP Server можнопризнать частным случаем файлового сервера — достаточно представить себе, чтоэто система с единственным клиентом (ПО промежуточного слоя), размещенным наней же. Сервер электронной почты обеспечивает доставку и отправку электронныхписем адресатам.
Терминальный сервер. В общем, ничем не отличается от SQL-сервера илифайлового сервера. Его особенностью являются повышенные требования к пропускнойспособности сетевого интерфейса при пересылке коротких пакетов. К частномуслучаю терминального сервера можно отнести работу нагруженного Web-сервера,выполняющего одновременно значительное число приложений.
1.5 Ноутбуки
Портативные,или мобильные компьютеры, которые называют ноутбуками, кроме размеров, имеютеще некоторые особенности, отличающие их от настольных ПК. Так, стандартами дляних стали карты расширения формата PCMCIA/PC Card и автономный источник питания- аккумуляторные батареи.
Достаточно условно ноутбуки можно разделить на три группы:
— все в одном.К этому сегменту относят компьютеры, имеющиевнутри себя все, что может понадобиться для полноценной работы, включая дисководдля дискет, жесткий диск и CD/DVD-дисковод. Большинство таких ноутбуков имеют12- или 14-дюймовый жидко-кристаллический дисплей. Вес таких ноутбуковсоставляет около 3 кг;
— тонкие и легкие.Эти портативные компьютеры весят менее 2кг. Отсутствующий диск или дисковод является опциальным устройством, котороеподключается специальным кабелем. Размер дисплея уменьшен до 9 дюймов, абатареи имеют меньшее число ячеек;
— меганоутбуки.Они пришли на смену настольным компьютерам и максимальноприближены к ним не только по возможностям, но и по размерам.
Аккумуляторные батареи обеспечивают ноутбук электропитанием, позволяявыполнять работу в автономном режиме и при отсутствии электросети. Как правило,в ноутбуках применяются батареи трех типов (табл. 1), подзаряжаемых постояннымнапряжением. В современных ноутбуках имеется возможность отслеживать точноесостояние батареи. Это достигается за счет так называемых «умных» батарей наоснове двухпроводного интерфейса System Management Bus.
Таблица 1. Основные характеристики аккумуляторных батарей ноутбуковХарактеристика
Ni-Cad
(никель-кадмиевые) Ni-MH (никель-металл-гидридные)
Li-Ion
(литий-ионные) Напряжение, В 1,2 1,2 3,6 Время жизни, количество циклов 1000 800 1000 Саморазрядка, % в месяц 15 20 6
1.6 Карманные персональные компьютеры
В конце 90-хгодов появились карманные портативные компьютеры (КПК), по-английски называемыеPDA (Personal Digital Assistant — персональный цифровой помощник). В названияхмоделей КПК используются также слова pocket (карманный, или карманник) иhandheld (наладонный, или наладонник), например, Compaq і РАО Н3130 Pocket PCили HP Jornada 720 Handheld PC.
КПК позволяютхранить и быстро находить адреса и телефонные номера, использоватькалендарь-ежедневник, вести расчеты с помощью калькулятора и делать короткиезаписи — все то, что выполняет органайзер. Кроме того, они позволяютобрабатывать тексты, таблицы, вести учет доходов и расходов, работать сэлектронной почтой и получать доступ в Интернет, а также можно их использоватьв качестве электронной книги, карманного словаря, справочника, путеводителя,фотоальбома, аудиоплейера, диктофона. В КПК предусмотрена возможностьсинхронизации содержимого его памяти с настольным компьютером или ноутбуком.
КПК все чаще используются вместе с мобильным телефоном, через которыйможно получить доступ в Интернет, а также редактировать, читать и отправлятьтекстовые SMS-сообщения (короткие сообщения) по сети GSM.
По способу ввода информации КПК можно разделить на две группы:
— клавиатурные, у которых для ввода информации и управления командамииспользуется небольшая клавиатура. Некоторые из клавиатурных моделей тожеиспользуют перо в качестве заменителя компьютерной мыши;
— перьевые, у которых для ввода текста применяется стилус — подобное ручке перо. В нижней части экрана этих КПК расположена или виртуальнаяклавиатура, или область рукописного ввода текста — граффити. В первом случаедля ввода текста нужно нажимать пером на изображения клавиш, а во втором — писать на экране символы по определенным правилам.
Как и обычныйкомпьютер, КПК имеет операционную систему (ОС). На сегодняшний день существуеттри основных ОС для КПК: Palm OS, Microsoft Windows СЕ, Symbian EPOC32 (см.далее).
Кроме ОС, на КПК устанавливается определенный набор программ:
— адресная книга;
— ежедневник;
— блокнот;
— калькулятор;
— список заданий;
— программы распознавания рукописного текста;
— программы передачи, обмена и синхронизации данных с другимиустройствами;
— текстовый и табличный редакторы;
— программа для работы с почтой;
— программа для просмотра Web-страниц;
— игры и др.
Некоторые из этих программ представляют собой ограниченные(«усеченные») версии тех, которые используются на настольных ПК. КПКподдерживают русский язык с помощью специальных программ, например PaPiRUS иPiLoc, обеспечивающих поддержку русского языка в PalmOS.
1.7 Tablet PC
В конце 2002года в Нью-Йорке был официально представлен персональный компьютер новогопоколения — Tablet PC. Это решение для «мобильных сотрудников», проводящих свойрабочий день в движении. Основной особенностью этих компьютеров, работающих подуправлением специальной операционной системы Windows ХР Tablet PC Edition,являются широкие возможности рукописного ввода на основе технологии DigitalInk.
ПлатформаTablet PC отличается не только очень точными функциями распознаваниярукописного текста (английский, французский, немецкий, японский, корейский икитайский языки), но и позволяет манипулировать записями, сделанными пользователемот руки. Для создания рукописных записей служит специальное программноеобеспечение Microsoft Windows Journal. К числу особенностей Tablet PC нужноотнести и средства доступа к беспроводным локальным сетям (большинство моделейTablet PC поддерживают стандарт 802.11 и другие протоколы, в частностиBluetooth).
Сегодня в продаже можно найти модели Tablet PC от Acer, FIC,Fujitsu, Hewlett-Packard, Motion Computing, NEC, Tatung, Toshiba и ViewSonic.Они поставляются в двух основных вариантах: с интегрированной и съемной клавиатурой.Устройства первого типа могут быть собраны в конфигурацию, близкую к ноутбукам.
2. Операционные системы
2.1 Назначение и принцип работы
Операционная система(ОС) — это совокупность программных средств,обеспечивающих управление устройствами компьютера и взаимодействие приложений,как между собой, так и между устройствами и пользователями. ОС можно назватьпрограммным продолжением устройства компьютера. Она скрывает от пользователясложные подробности взаимодействия с аппаратурными средствами, образуя«прослойку» (интерфейс) между ними. В результате этого люди освобождаются оточень трудоемкой работы по организации взаимодействия с устройствамикомпьютера.
ОС образует автономную среду, не зависящую ни от одного из языковпрограммирования и в то же время совместимую с любым из них. Любая жеприкладная программа связана с ОС и может эксплуатироваться только на техкомпьютерах, где имеется аналогичная системная среда. Прикладные программныесредства, разработанные в среде одной ОС, не могут быть использованы для работыв среде другой ОС, если нет специального комплекса программ (конвертера,преобразователя), позволяющего это сделать.
Типы пользовательских интерфейсов
Интерфейспользователя — это комплекс программных средств, обеспечивающий взаимодействиепользователя с вычислительной системой. Интерфейсы отличаются по способудоступа к командным файлам программ:
— командный в виде строки(текстовый) интерфейс. Для управлениякомпьютером в командную строку вводится с клавиатуры команда, например, имяисполняемого файла программы или специально зарезервированные служебные слова.Данный тип интерфейса в качестве основного имеют все разновидности ОС, напримерMS-DOS, UNIX. Как дополнительное средство данный тип интерфейса имеют все видыпрограммных оболочек (Norton Commander, DOS Navigator и др.) и Windows;
— графический полноэкранный интерфейс.Он имеет, как правило, вверхней части экрана систему меню с подсказками. Меню часто бывает выпадающим(ниспадающим). Данный интерфейс является основным для всех видов программныхоболочек — Norton Commander, DOS Navigator, Windows Commander, Disk Commander;
— графический многооконный интерфейс.Представляет собойрабочий стол, на котором находятся пиктограммы (значки или иконки программ). Всеоперации выполняются, как правило, с помощью мыши. Указатель мыши подводят кзначку программы и ее запуск осуществляют щелчком левой кнопки мыши по значку.Этот тип интерфейса реализован в MacOS, Windows, OS/2.
2.2 Функции
При включении компьютера ОС автоматически загружается с жесткогодиска в оперативную память и занимает в ней определенное место. Этот процессназывается загрузкой ОС. Визуально для пользователя общение с компьютером — этообщение с интерфейсом ОС, которая выступает в роли посредника междупользователем, программами и устройствами компьютера, корректирует их действияи распределяет ресурсы.
В функции ОС входит:
— «диалог» с пользователем;
— ввод-вывод и управление данными;
— планирование и организация процесса обработки программ;
— распределение ресурсов (оперативной памяти, процессора, внешнихустройств);
— запуск программ на выполнение;
— всевозможные вспомогательные операции обслуживания;
— передача информации между различными внутренними устройствами;
— программнаяподдержка работы периферийных устройств (дисплея, клавиатуры, дисковыхнакопителей, принтера и др.).
2.3 Составные части и функции
В составе ОС можно выделить следующие части:
— базовый модуль (ядро).Управляет файловой системой, обеспечиваетдоступ к ней и обмен файлами между периферийными устройствами. К основнымфункциям ядра операционной системы относятся:
— инициализация системы (загрузка ядра в оперативную память и егозапуск);
— управление процессами (создание, завершение и отслеживание существующихпроцессов);
— управление памятью (отображение виртуальной памяти процессов вфизическую оперативную память компьютера, которая имеет ограниченные размеры);
— управление файлами (создание модели файловой системы — иерархиикаталогов и файлов);
— коммуникационные средства (обмен данными между процессами, выполняемымивнутри одного компьютера, в различных узлах локальной или глобальной сетипередачи данных;
— программный интерфейс (доступ к возможностям ядра со стороныпользовательских процессов).
— командный процессор.Расшифровывает и исполняет любые действия иликоманды пользователя, поступающие в систему;
— драйверы периферийных устройств.Обеспечиваютсогласованность работы периферийных устройств с ОС. Драйвер — это программа,обеспечивающая взаимодействие ОС с устройством ПК или периферийным устройством.В функции драйвера входит обработка прерываний устройства, управление очередьюзапросов к нему, преобразование запросов в команды управления устройством;
— дополнительныесервисные программы (утилиты). Служат для выполнения вспомогательных операций обработкиданных или обслуживания компьютеров (диагностики тестирования аппаратных ипрограммных средств, оптимизации использования дискового пространства,восстановления разрушенной на магнитном диске информации и т. п.).
2.4 Классификация ОС
Существующие ОС могут различаться особенностями управления основнымиресурсами компьютера (процессорами, памятью, устройствами), типами аппаратныхплатформ и рядом других компонентов.
ОС делятся на:
— многозадачные и однозадачные;
— многопользовательские и однопользовательские;
— с многопотоковой (многонитевой) обработкой и без нее;
— многопроцессорные и однопроцессорные.
2.4.1 Одно- и многозадачные
По числу одновременно выполняемых задач операционные системы могутбыть разделены на два класса:
— однозадачные;
— многозадачные.
Однозадачные ОС включают средства управления периферийнымиустройствами, файлами, а также средства общения с пользователем. МногозадачныеОС, кроме вышеперечисленных функций, управляют разделением совместно используемыхресурсов, таких как процессор, оперативная память, файлы и внешние устройства.
Среди множества существующих вариантов реализации многозадачностиможно выделить две группы алгоритмов: невытесняющая и вытесняющаямногозадачность. При вытесняющей многозадачности планирование процессовсосредоточено в ОС, а при невытесняющей многозадачности — распределено между ОСи прикладными программами (приложениями). При невытесняющей многозадачностиактивный процесс выполняется до тех пор, пока он сам не отдаст управление ОСдля того, чтобы та выбрала из очереди другой готовый к выполнению процесс.
2.4.2 Одно- и многопользовательские
По числу одновременно работающих пользователей ОС делятся на:
— однопользовательские;
— многопользовательские.
Главнымотличием многопользовательских систем от однопользовательских является наличиесредств защиты информации каждого пользователя от несанкционированного доступадругих пользователей.
2.4.3 Одно- и многопроцессные
Важнейшим разделяемым ресурсом является процессорное время.Способраспределения процессорного времени между несколькими одновременносуществующими в системе процессами (или нитями) во многом определяет спецификуОС. Многопроцессная ОС разделяет процессорное время не между задачами, а междуих отдельными процессами (нитями).
2.4.4 Одно- и многопроцессорные
Другим важным свойством ОС является отсутствие или наличие в нейсредств поддержки многопроцессорной обработки — мультипро-цессирование.
Многопроцессорные ОС могут классифицироваться по способу организациивычислительного процесса в системе с многопроцессорной архитектурой:
— асимметричные ОС;
— симметричные ОС.
Асимметричная ОС целиком выполняется только на одном из процессоровсистемы, распределяя прикладные задачи по остальным процессорам. СимметричнаяОС полностью децентрализована и использует все процессоры, разделяя их междусистемными и прикладными задачами.
Специфика ОС проявляется и в том, каким образом она реализует сетевыефункции: распознавание и перенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам,передача сообщений по сети, выполнение удаленных запросов. При реализациисетевых функций возникает комплекс задач, связанных с распределенным характеромхранения и обработки данных в сети: ведение справочной информации о всехдоступных в сети ресурсах и серверах, адресация взаимодействующих процессов,обеспечение прозрачности доступа, тиражирование данных, согласование копий,поддержка безопасности данных.
2.5 «Отношение» многозадачных ОС ко времени
Современные многозадачные ОС подразделяются на:
— системы разделения времени
— системы реального времени.
Системыразделения времени предоставляют каждому пользователю терминал, с которого онможет вести диалог со своей программой. В этих системах каждой задачевыделяется только часть процессорного времени. Критерием эффективности системразделения времени является не максимальная пропускная способность, а удобствои эффективность работы пользователя.
Системы реального времени применяются для управления различнымитехническими объектами, такими, например, как станок, спутник или технологическийпроцесс. Критерием эффективности для систем реального времени является ихспособность выдерживать заранее заданные интервалы времени между запускомпрограммы и получением результата (управляющего воздействия).
2.6 Ориентация на аппаратные средства
На свойства ОС непосредственное влияние оказывают аппаратные средства,на которые она ориентирована. По типу аппаратуры различают ОС персональныхкомпьютеров, мини-компьютеров, мэйнфреймов (больших ЭВМ), кластеров, локальныхвычислительных сетей и мобильных устройств.
2.7 Сетевые ОС
NOS — Network Operating System — это ПО, применяемое на каждом ПК,подключенном к сети. Оно управляет доступом к сетевым ресурсам, отвечает замаршрутизацию сообщений в локальной сети, устраняет конфликты при обращении ксетевым устройствам и обеспечивает работу с ОС клиентского ПК. Сетевая ОСобеспечивает совместную работу с файлами и приложениями. Она необходима дляуправления потоками сообщений между рабочими станциями и серверами.
Обычно известная под названием «серверная ОС» сетевая ОС является«мозгом» всей локальной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степениавтономен, поэтому под сетевой ОС в широком смысле понимается совокупность ОСотдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями иразделения ресурсов по единым правилам — протоколам. В узком смысле сетевая ОС- это ОС отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.
В сетевой ОСможно выделить несколько частей: • средства управления локальными ресурсамикомпьютера: функции распределения оперативной памяти между процессами,планирования и диспетчеризации процессов, управления процессорами вмультипроцессорных машинах, управления периферийными устройствами и другиефункции управления ресурсами локальных ОС:
— средства предоставления собственных ресурсов и услуг в общеепользование — серверная часть ОС (сервер). Эти средства обеспечивают, например,блокировку файлов и записей, что необходимо для их совместного использования,ведение справочников имен сетевых ресурсов, обработку запросов удаленногодоступа к собственной файловой системе и базе данных, управление очередямизапросов удаленных пользователей к своим периферийным устройствам;
— средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам и их использования- клиентская часть ОС (редиректор). Эта часть выполняет распознавание иперенаправление в сеть запросов к удаленным ресурсам от приложений ипользователей, при этом запрос поступает от приложения в локальной форме, апередается в сеть в другой форме, соответствующей требованиям сервера.Клиентская часть также осуществляет прием ответов от серверов и преобразованиеих в локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленныхзапросов неразличимо;
— коммуникационные средства ОС, с помощью которых происходит обменсообщениями в сети. Эта часть обеспечивает адресацию и буферизацию сообщений,выбор маршрута передачи сообщения по сети, надежность передачи и т.п., то естьявляется средством транспортировки сообщений.
В зависимости от функций, возлагаемых на конкретный компьютер, вего операционной системе может отсутствовать либо клиентская, либо сервернаячасти.
Сетевые ОС делятся на две категории:
— одноранговые (peer-to-peer);
— клиент-серверные (client-server).
2.7.1 Одноранговые сетевые ОС
Одноранговыесети подразумевают возможность использования любого компьютера в качествеклиентской станции и сервера одновременно. В сетях этой категории сетевые ОСустанавливаются на каждый компьютер. Таким образом, каждый из компьютеровполучает возможность предоставления своих ресурсов и сервисов всем остальнымкомпьютерам в сети. Например, каждый компьютер может предоставить доступ кфайлам, размещенным на его дисках и подключенным к нему принтерам.
Одноранговые сетевые ОС способны предоставлять большинство всехтех сервисов и ресурсов, что и клиент-серверные сетевые ОС. Они также характеризуютсяпростотой установки и относительной дешевизной.
Однако одноранговые сети предоставляют меньшую надежность иэффективность, чем полноценные клиент-серверные сети. Более того, производительностьодноранговых сетей значительно снижается при увеличении размеров сети иувеличении количества участвующих в сетевых взаимодействиях компьютеров.Эксплуатация и поддержка таких сетей часто являются непростыми задачами. Из-заотсутствия возможностей централизованного управления администраторы вынужденыуправлять множеством сервисов на каждой машине отдельно, обеспечиваякорректность одновременного функционирования и пользовательских приложений, исерверных компонентов. Такая работа усложняется еще и тем, что пользователи,работающие на каждом из компьютеров, имеют возможности самостоятельногоизменения настроек ОС, что зачастую приводит к неработоспособности всего программногообеспечения этой машины.
2.7.2 Клиент-серверные сетевые ОС
В сетях клиент-сервер сетевая ОС работает на компьютерах,называемых серверами. Клиентом в такой сети является любое сетевое устройство,формирующее запросы к серверу для использования его ресурсов и сервисов.Например, рабочие станции пользователей являются клиентами, использующимисервисы и ресурсы серверов. Для обеспечения взаимодействия клиента и сервера наклиенте устанавливается и функционирует клиентское программное обеспечение,поддерживающее общий протокол взаимодействия клиента и сервера.
Серверная ОС управляет множеством аппаратных ресурсов сервера,например, дисками, оперативной памятью, принтерами, модемами. Файловая системасервера тоже является примером серверного ресурса.
В дополнениеко всему перечисленному, серверная ОС предоставляет множество сервисов, включаякоординацию доступа и совместного использования файлов (с использованиеммеханизмов блокировки файлов и записей) и принтеров, управление памятью сервера,обеспечение безопасности данных и предоставление возможностей сетевоговзаимодействия.
Важно понять, что несмотря на то, что в сети с выделенным серверомвсе компьютеры в общем случае могут выполнять одновременно роли и сервера, иклиента, эта сеть функционально не симметрична: аппаратно и программно в нейреализованы два типа компьютеров — одни, в большей степени ориентированные навыполнение серверных функций и работающие под управлением специализированныхсерверных ОС, а другие — в основном выполняющие клиентские функции и работающиепод управлением соответствующего этому назначению варианта ОС. Функциональнаянесимметричность, как правило, вызывает и несимметричность аппаратуры — для выделенныхсерверов используются более мощные компьютеры с большими объемами оперативной ивнешней памяти. Таким образом, функциональная несимметричность в сетях свыделенным сервером сопровождается несимметричностью ОС и аппаратнойнесимметричностью (специализация компьютеров).
2.7.3 Сетевые ОС дня отделов, кампусов и предприятий
Сети отделов (рабочих групп)используются небольшой группой сотрудников,решающих общие задачи. Главной задачей ОС, используемой в сети отдела, являетсяорганизация разделения ресурсов, таких как приложения, данные, лазерныепринтеры и, возможно, низкоскоростные модемы. Обычно сети отделов имеют одинили два файловых сервера и не более чем 30 пользователей. Чаще всего это сеть свыделенным сервером NetWare 3, 4, 5 или Windows NT/2000, или же одноранговаясеть, например сеть Windows for Workgroups.
Сети кампусовсоединяют несколько локальных сетей отделов внутриотдельного здания или внутри одной территории предприятия. Службы такой сетиобеспечивают взаимодействие между сетями отделов, доступ к базам данныхпредприятия, доступ к факс-серверам, высокоскоростным модемам ивысокоскоростным принтерам.
Сети предприятия (корпоративные сети)объединяют все компьютерывсех территорий отдельного предприятия. В таких сетях пользователямпредоставляется доступ к информации и приложениям, находящимся в других рабочихгруппах, других отделах и подразделениях.
К признакамкорпоративных ОС могут быть отнесены также следующие особенности:
— поддержкаприложений.Вычислительная часть общих для корпорации программных систем можетбыть слишком объемной и «неподъемной» для рабочих станций клиентов, поэтомуприложения будут выполняться более эффективно, если их наиболее сложные ввычислительном отношении части перенести на специально предназначенный дляэтого мощный компьютер — сервер приложений.Сервер приложений долженбазироваться на мощной аппаратной платформе (мультипроцессорные системы, частона базе RISC-процессоров, специализированные кластерные архитектуры). ОСсервера приложений должна обеспечивать высокую производительность вычислений,а, значит, поддерживать многонитевую обработку, вытесняющую многозадачность,мультипроцессирование, виртуальную память и наиболее популярные прикладныесреды;
— справочная служба.Корпоративная ОС должна обладать способностьюхранить информацию обо всех пользователях и ресурсах таким образом, чтобыобеспечивалось управление ею из одной центральной точки. База данных, хранящаясправочную информацию, предоставляет все то же многообразие возможностей ипорождает все то же множество проблем, что и любая другая крупная база данных;
— безопасность.Особую важность для ОС корпоративной сети приобретаютвопросы безопасности данных, так как в крупномасштабной сети объективносуществует больше возможностей для несанкционированного доступа. Кроме того,корпоративные бизнес-приложения работают с данными, которые имеют жизненноважное значение для успешной работы корпорации в целом. И для защиты такихданных в корпоративных сетях наряду с различными аппаратными средствамииспользуется весь спектр средств защиты, предоставляемый ОС: избирательные илимандатные права доступа, сложные процедуры аутентификации пользователей,программная шифрация.
3. Краткая характеристика семейств ОС настольных систем и серверов
DOS. Наиболее яркимпредставителем дисковой ОС является система MS-DOS от Microsoft, появившаяся в1981 году. В настоящее время существуют версии 6.22 и 7.0 (в составе Windows9х), а также ее разновидности других фирм-разработчиков (DR DOS, PC DOS).Сегодня эта ОС уже практически забыта, она актуальна для компьютеров спроцессорами х286 и х386. Имеет текстовый интерфейс пользователя и, как следствие этого,требует знания синтаксиса написания команд. Является 16-разрядной однозадачнойоперационной системой.
OS/2. ОС OS/2 разработана фирмой IBM для персональных компьютеров наоснове системной прикладной архитектуры, ранее используемой для больших ЭВМ.OS/2 обеспечивает поддержку графического интерфейса пользователя, одновременнуюработу нескольких приложений, многопоточную обработку нескольких задач одногоприложения, 32-разрядную обработку данных, сжатие данных при записи намагнитные диски и защиту памяти.
Важной особенностью операционной системы OS/2 являетсявысокопроизводительная файловая система HPFS (High Perfomance File System),имеющая преимущества для серверов баз. Поддерживается многопроцессорнаяобработка (до 16 процессоров). Версия OS/2 Warp работает с мультисредой и имеетвстроенный доступ в Интернет, систему распознавания речи VoiceType,интегрированную версию Lores Notes Mail для передачи почты через Интернет.
Windows. В нашей стране эта ОС получила наибольшее распространение. Далее вэтом разделе кратко представлены различные ОС, появляющиеся на рынке вхронологической последовательности.
ОС Windows 3.1пришла на смену MS-DOS. Она имелаграфический пользовательский интерфейс, облегчающий работу пользователей. Этобыла однозадачная и 16-разрядная система. Версия Windows 3.11 for Workgroupsмогла использоваться в одноранговых сетях и была ориентирована на рабочиегруппы.
Windows 95представляет собой универсальную высокопроизводительнуюмногозадачную и многопотоковую ОС. В отличие от оболочки Windows 3, этаоперационная система не нуждается в установке на компьютере операционнойсистемы DOS. Это 32-разрядная ОС с расширенными сетевыми возможностями,обеспечивающая эффективный обмен информацией между отдельными программами ипредоставляющая пользователю широкие возможности работы с мультимедиа,обработки текстовой, графической, звуковой и видеоинформации.
Эта ОСобеспечивает работу пользователя в сети, предоставляя встроенные средстваподдержки для обмена файлами и меры по их защите, возможность совместногоиспользования принтеров, факсов и других общих ресурсов. Windows 95 позволяетотправлять сообщения электронной почтой, факсимильной связью, поддерживаетудаленный доступ. Применяемый в Windows 95 защищенный режим не позволяетприкладной программе в случае сбоя нарушить работоспособность системы, надежнопредохраняет приложения от случайного вмешательства одного процесса в другой,обеспечивает определенную устойчивость к вирусам.
Windows NT 3.51 и Windows NT 4(NT от англ. New Technology) — этопервые многозадачные ОС Microsoft, предназначенные для архитектуры клиент-сервери использования различных протоколов транспортного уровня сетевой ОС. Она имеет32-разрядную архитектуру и обеспечивает возможность каждой абонентской системыв сети быть сервером или клиентом, совместную работу группы пользователей,адресацию оперативной и внешней памяти большего размера и поддержкумультипроцессорной обработки.
Windows 98отличается от Windows 95 тем, что в ней ОС объединена сбраузером Internet Explorer посредством интерфейса, выполненного в видеWeb-браузера. Кроме этого, в ней улучшена совместимость с новыми аппаратнымисредствами компьютера, она одинаково удобна как для использования нанастольных, так и на портативных компьютерах.
Windows 2000 — это семейство ОС для делового использования насамых разнообразных компьютерах — от портативных до серверов.
Windows 2000 Professional — это надежная ОС для настольных и переносныхкомпьютеров, которая может использоваться на предприятиях любого размера. Онаоснована на технологии NT, обеспечивает высочайшую надежность и улучшеннуюуправляемость, упрощая администрирование рабочих станций. Интегрированныевозможности сети Интернет, а также широкая поддержка мобильных компьютеров иаппаратных устройств позволяют бизнес-пользователям легко подключаться к сетиИнтернет и работать в ней в любом месте и в любое время.
Серверные продукты Windows 2000 предлагают принципиально новыйуровень интеграции ОС с основанными на стандартах сетевыми службами,Web-службами, службами каталогов, приложений, файлов и печати, а также мощнымифункциями сквозного управления и обеспечения надежности. В него входятследующие программные продукты:
— Windows 2000 Server — многофункциональная сетевая ОС для предприятийлюбого размера;
— Windows2000 Advanced Server — ОС для электронной коммерции и бизнес-приложений;
— Windows 2000 Datacenter Server — ОС длябизнес-инфраструктур, требующих наивысшей степени масштабируемости, а такжедоступности.
Windows Millennium Edition (Windows Me)— это ОС,продолжающая линейку Windows 9х для персональных компьютеров. Возможностимультимедиа в ней включают удобную обработку и общий доступ к файлам цифровыхфотографий, цифрового и аналогового видео и цифровой музыки; использованиекачественной графики и звука в компьютерных играх.
Высокая степень доступности, простота и наличие развитыхсправочных средств делают Windows Me наиболее надежной операционной системойдля домашнего компьютера. Эта ОС предоставляет эффективные и многообразныесредства доступа к Интернету. Она упрощает создание домашней сети иобеспечивает общий доступ к подключению Интернета, принтерам и другимустройствам.
И наконец, самая актуальная на момент выхода в свет этой книгиверсия Windows — это Windows ХРкоторая также является семейством:
— Windows ХР Ноте Editionориентирована на пользователей домашнихПК, ее отличает новое внешнее оформление, которое упрощает и делает болееэффективным выполнение ежедневных задач. Для пользователей стали доступныусовершенствованные возможности работы с цифровыми изображениями и музыкальнымизаписями как при работе на локальном ПК, так и при обмене ими через Интернет;
— предназначенная для корпоративных пользователей ОС Windows ХРProfessional обеспечивает высокий уровень масштабируемости и надежности. Приэтом среди ее отличительных особенностей можно выделить более высокий уровеньбезопасности, включая возможность шифрования файлов и папок с целью защитыкорпоративной информации, поддержку мобильных устройств для автономной работы иподключение к компьютеру в удаленном режиме. Встроенная поддержкавысокопроизводительных многопроцессорных систем, возможность работы с серверамиMicrosoft Windows Server будут необходимы для решения задач бизнеса;
— 64-разрядная Windows ХР 64-Bit Editionсоздана для семейства64-разрядных процессоров Intel Itanium. Она обеспечивает поддержку дополнительнойпамяти, увеличивает скорость операций ввода-вывода, расширяет возможности длявычислений переменных с плавающей точкой. Это достаточно мощная платформа длятехнических и аналитических разработок, также проведения финансового истатистического анализа.
Unix. ОС Unix была создана в Bell Telephone Laboratories. Это многозадачнаяОС, способная обеспечить одновременную работу очень большого количествопользователей. Один мощный сервер может обслуживать запросы большого количествапользователей. При этом необходимо администрирование только одной системы.Кроме того, система способна выполнять большое количество различных функций, вчастности, работать как вычислительный сервер, как сервер базы данных, каксетевой сервер, поддерживающий важнейшие службы сети и т. д.
Несмотря на разнообразие версий UNIX, основой всего семейства являютсяпринципиально одинаковая архитектура и ряд стандартных интерфейсов. Имея всвоем распоряжении набор утилит, каждая из которых решает узкуюспециализированную задачу, можно конструировать из них сложные комплексы.
Достаточно популярной является ОС FreeBSD, которая базируется наОС BSD версии 4.4, разработанной группой CSRG из Калифорнийского университета вБеркли. По мнению многих специалистов, она превосходит Windows NT по надежностии производительности. FreeBSD — очень неприхотливая система, которая сможетпревратить старый х486 компьютер в DNS-сервер. Наличие исходных кодов для всейсистемы и большинства приложений обеспечивает гибкую настройку системы подлюбые задачи: от разработки программ для автоматизации работы предприятия доавтоматического управления спутниковой антенной. В новой версии FreeBSD 4.7обновлены «базовые» программы, такие как GCC и Sendmail, добавлено несколько новыхдрайверов, а также устранены выявленные проблемы с безопасностью.
Linux. В 1991 году финский студент Линус Торвальдс по электронной почтеразослал первый прототип своей ОС и призвал откликнуться на его работу всех,кому она нравится или нет. С этого момента многие программисты сталиподдерживать Linux, добавляя драйверы устройств, разрабатывая разные приложенияи др. В настоящее время Linux — очень мощная и бесплатная система.
ЛинусТорвальдс разработал не саму ОС, а ее ядро, подключив уже имеющиеся компоненты.Сторонние компании, увидев хорошие перспективы для развития своего бизнеса,довольно скоро стали насыщать ОС утилитами и прикладным ПО. Недостаток такогоподхода – отсутствие унифицированной и продуманной процедуры установки системы,и это до сих пор является одним из главных сдерживающих факторов для болееширокого распространения Linux. И, тем не менее, эта ОС из года в годотвоевывает у известных мировых производителей сетевых ОС все большую долюрынка.
В настоящее время имеется множество дистрибутивов этой ОС (http://www.linux.ru)даже на русском языке. О некоторых из них расскажем несколько подробнее.
RedHat Linux — это самый знаменитый дистрибутив, которыйодинаково хорошо подходит для установки как на домашний или офисный компьютер,так и на мощный сервер. Red Hat Linux 8.0 включает удобную программу дляустановки и полный набор приложений — игры, офисные пакеты и др. RedHat Linuxможет «соседствовать» с MS Windows как на одном компьютере, так и в локальнойсети, а офисный пакет OpenOffice позволяет без проблем открывать, редактироватьи сохранять документы в форматах DOC и XLS.
В новой версии особое внимание уделено пользовательскому интерфейсу- графический интерфейс RedHat BluecurveTM обеспечивает единый внешний вид длявсех приложений, улучшена организация главного меню, чтобы упростить доступ ксамым нужным приложениям и утилитам, также переработаны системные утилиты дляудобной настройки дисплея, звуковой карты, внешних устройств.
Mandrake Linux — это популярная ОС, предназначенная для платформIntel Pentium, AMD Athlon и PowerPC. Разработчики Mandrake Linux 9.0 (Dolphin)постарались сделать систему, которая бы отвечала всем потребностям мощногополнофункционального Linux-сервера, но в то же время не забыли о простыхпользователях, которым нужен удобный и элегантный графический интерфейс и,конечно, офисные пакеты, совместимые форматами MS-Office, приложения для работыв интернете, графические редакторы, МРЗ-плейеры и т.п.
ASPLinux 7.3поставляется в нескольких вариантах (DeluxeEdition, Standard Edition и Express Edition). Эти поставки различаютсяколичеством CD.
BeOS. Эта ОС ассоциируется ссозданием и обработкой мультимедиа-информации (аудио- и видеозаписи, трехмернаяграфика). Наличие бесплатной «облегченной» версии, истинная многозадачность,отличная поддержка многопроцессорных ПК, высокая производительность и удобствоработы — ее сильные стороны.
К недостаткам BeOS относят небольшое количество прикладного ПО,недостаточное количество драйверов для аппаратных устройств, плохая документированность.
Mac OS. Ориентирована исключительно на компьютеры Мае от Apple. Оченьпроста в работе и обслуживании, система полностью интегрирована с аппаратнымобеспечением, многие технологии изначально реализованы на уровне ОС. Приложенийдля нее значительно меньше, чем для Windows. Решения на базе Mac OS на порядокдороже решений, основанных на платформе Intel.
4. Операционные системы КПК
Основная масса карманных компьютеров использует всего три ОС — Palm OS, EPOC и Windows СЕ различных версий, причем Pocket PC условно можносчитать новой версией Windows СЕ.
Palm OS — ОС, используемая в КПК производства Palm Computing, а также навсех лицензированных клонах этой платформы, выпускаемых компаниями Symbol, IBM,Qualcomm. Особенностью этой ОС является ее строгая привязка к определеннойплатформе, типу процессора, объему памяти, экрану и т. д. Именно в такихаппаратных ограничениях и заключается ее сила. Так, благодаря ориентации толькона одну платформу, скорость работы КПК Palm намного выше, чем у конкурирующихсистем. Ядро Palm OS поддерживает режим многозадачности, хотя сама ОС не можетиспользовать эти функции. Все модели КПК, работающие под управлением Palm OS,могут синхронизировать информацию с большинством персональных информационныхдиспетчеров для настольных ПК с помощью программного обеспечения HotSync.
ОС EPOC, используемая во всехмоделях карманных компьютеров, выпущенных компанией Psion PLC, разрабатываетсяфирмой Sym-bian. Это многозадачная оконная ОС, которая поддерживает работу сцветными экранами. Скорость ее работы выше, чем у Windows СЕ, что объясняетсястрогой привязкой EPOC к аппаратному обеспечению. ОС Windows СЕ задумываласьMicrosoft как облегченная версия Windows 95, рассчитанная на использование впортативных компьютерах. Изначально ориентированная на самые различныеаппаратные платформы и процессоры Windows СЕ позволяет легко менятьконфигурации портативных устройств и применяется не только в PDA, но и вноутбуках, автомобильных компьютерах, Web-планшетах.
В отличие от Palm OS EPOC многофункциональна, имеет модульнуюоснову и широкие возможности расширения. И именно из-за ее многофункциональностии некоторой громоздкости для мобильных устройств PDA под управлением Windows СЕнесколько медленней тех, на которых установлена EPOC. Эта ОС от Microsoftявляется многозадачной, может работать с мультимедийными данными и цветнымиэкранами. Недостатком этой ОС являются завышенные требования к оперативнойпамяти и неприспособленность стандартного интерфейса Windows под нуждымобильных пользователей.
На основе Windows СЕ исключительно для КПК была разработана PocketPC — программно-аппаратная платформа, сочетающая в себе операционное ПО и рядновых, ранее недоступных для карманных ПК функций. К их числу относится функциямультимедиа, позволяющая с помощью специальной версии Windows Media Playerвоспроизводить потоковое аудио и видео, а также проигрывать файлы формата МРЗ,функция чтения электронных книг с помощью программы Reader. Кроме того,пользователям доступны и облегченные версии практически всего офисного ПОMicrosoft — Word, Excel, Internet Explorer, Outlook, Money и т. д.
5. Файловые системы
5.1 Общие сведения
С понятием файловой системы тесно связано понятие файловой структурыжесткого диска и других накопителей. Под файловой структурой диска понимают,как размещаются корневой каталог, подкаталоги, файлы, операционные системы(ОС), а также какие для них выделены области на жестком диске.
Файловая система — это совокупность всех каталогов и файлов на жесткомдиске. К файловой системе имеет доступ также и любая прикладная программа, длячего во всех языках программирования имеются специальные процедуры. Файловаясистема является сердцевиной всего программного обеспечения компьютера.
В связи сорганизацией хранения файлов на жестких дисках во всех современных файловыхсистемах выделяется некоторый базовый уровень, обеспечивающий работу с файлами,представляющими набор прямо адресуемых в адресном пространстве файла блоков.Прежде чем говорить о файловых системах, рассмотрим, что же собой представляютфайлы и как они «организованы» при хранении на различных носителях.
5.2 Файлы
5.2.1 Типы
Сам по себе компьютер не обладает знаниями, все эти знания сосредоточеныв выполняемых на нем программах, в общем именуемые, как программное обеспечение(ПО). Сфера применения компьютера определяется созданным для него ПО, например,для компьютера в отделе кадров — программа автоматизированного учета персонала,в бухгалтерии — программа бухгалтерского учета, в отделе маркетинга — программауправления маркетингом и т. д. Любая программа использует и оперирует файлами,хранящимися в папках на различных носителях: жестких дисках, дискетах, CD-ROM,сменных носителях. Это могут быть рабочие, служебные и справочные файлыпрограммы, файлы данных и документов.
Файл (англ. file — папка) — это совокупность данных,хранящаяся на носителе, имеющая имя, пересылаемая и обрабатываемая как единоецелое. Файл — это именованная область внешней памяти, в которую можнозаписывать и из которой можно считывать данные. В файлах могут хранитьсятексты, документы, программы, рисунки и т. д.
К характеристикам файла относятся имя, расширение, размер вбайтах, время создания (время и дата) и атрибут (архивный, только для чтения, системныйи скрытый).
Файл служит учетной единицей информации в операционной системе(ОС). Любые действия с информацией в ОС осуществляются именно над файлами:запись на диск, печать, считывание с носителя и др.
5.2.2 Области применения
Прежде всего файлы применяются для хранения текстовых данных:документов, текстов программ и т. д. Такие файлы обычно образуются и модифицируютсяс помощью различных текстовых редакторов. Структура текстовых файлов обычноочень проста: это либо последовательность записей, содержащих строки текста,либо последовательность байтов, среди которых встречаются специальные символы(например, символы конца строки).
Одним словом,файловые системы обычно обеспечивают хранение слабо структурированнойинформации, оставляя дальнейшую структуризацию прикладным программам. Вперечисленных выше случаях использования файлов это даже хорошо, потому что приразработке любой новой прикладной системы, опираясь на простые, стандартные исравнительно дешевые средства файловой системы, можно реализовать те структурыхранения, которые наиболее естественно соответствуют специфике даннойприкладной области.
5.2.3 Именование
Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся вфайле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файламии, возможно, от типа файла. Все современные файловые системы поддерживаютмногоуровневое именование файлов за счет поддержания дополнительных файлов соспециальной структурой — каталогов (в терминах Windows — папок). Каждый каталогсодержит имена каталогов и файлов, содержащихся в нем, т. е. полное имя файласостоит из списка имен вложенных каталогов и имени файла. Разница междуспособами именования файлов в разных файловых системах состоит в том, с чегоначинается эта цепочка имен.
5.2.4 Защита файлов
Файловые системы являются общим хранилищем файлов, к которым имеютдоступ пользователи. Поэтому возникает проблема авторизации доступа к файлам. Вобщем виде подход состоит в том, что по отношению к каждому зарегистрированномупользователю данной вычислительной системы для каждого существующего файлауказываются действия, которые разрешены или запрещены данному пользователю.
5.2.5 Многопользовательский доступ
Если операционная система поддерживает многопользовательскийрежим, то вполне реальна ситуация, когда два или более пользователей одновременнопытаются работать с одним и тем же файлом. Если все эти пользователи собираютсятолько читать файл, ничего страшного не произойдет. Но если хотя бы один из нихбудет изменять файл, для корректной работы этой группы требуется взаимнаясинхронизация.
Исторически в файловых системах применялся следующий подход. Воперации открытия файла (первой и обязательной операции, с которой долженначинаться сеанс работы с файлом), кроме прочих параметров, указывался режимработы (чтение или изменение). Если к моменту выполнения этой операции от именинекоторой программы файл уже находился в открытом состоянии от имени другойпрограммы, то, в зависимости от особенностей системы, первой программе сообщаетсяо невозможности открытия файла в желаемом режиме либо она блокируется до техпор, пока вторая программа не выполнит операцию закрытия файла.
5.3 Папки (каталоги)
На компьютереимеется огромное множество файлов, число которых может достигать до несколькихсотен тысяч. Понятно, что если бы все они были записаны на жесткий диск, то припопытке просмотреть их и, тем более, найти среди них файл с конкретным именемвозникнут серьезные трудности. Поэтому без своеобразного справочника файлов суказанием месторасположения на диске просто не обойтись. В каждом каталогехранятся файлы, объединенные каким-либо смысловым признаком, например файлыотносящие к какой-то тематике.
В общем случае, каталог (папка) — это такой же файл, но в нем вкачестве информации хранятся сведения о других файлах и каталогах. Все ограничения,существующие для имен файлов, распространяются, естественно, и на именакаталогов, причем в имени каталога расширение, как правило, отсутствует.
6. Краткая характеристика файловых систем
FAT 16. Файловая система FAT (File Allocation Table) работает с единицамидискового пространства, называемыми кластерами, включающими один или несколькосекторов жесткого диска. Минимальный размер кластера — 512 байт, а максимальный- 32 Кбайта. Таблица FAT идентифицирует записи, соответствующие дисковымкластерам, при помощи 16-разрядных чисел, т. е. в таблице можно разместить неболее 65 536 записей (216). Не сложно подсчитать, что при максимальном размерекластера в 32 Кбайта максимальный раздел дискового тома будет составлять 2Гбайта.
В FAT один файл должен занимать как минимум один кластер. Это приводитк тому, что при размере файла 10 Кбайт и размере 32 Кбайта файл займет кластер,т. е. 22 Кбайт будут потеряно безвозвратно. Тоже самое относится и к файлу размером40 Кбайт. В этом случае будет занято два кластера, один полностью (32 Кбайта) ичасть второго 8 Кбайт, а 24 Кбайта окажутся «не у дел».
Как правило, имя файла состоит из двух частей — имени ирасширения. Полное имя файла строится следующим образом: [имя_диска:] [путь\]имяфайла. V дисков могут быть имена А:, В: — для гибких дисков (дискет); С:,D:, Е: и т. д. вплоть до Z: — для жестких дисков и их логических разделов,дисков CD-ROM и других сменных носителей.
Имя файла в MS DOS может содержать от одного до восьми символов, арасширение — до трех включительно, это обуславливается особенностями файловойсистемы FAT 16. Имя и расширение отделяются друг от друга точкой. Расширениеявляется необязательным параметром и в принципе может отсутствовать.
В названиифайлов могут использоваться прописные и строчные латинские буквы (причем MS DOSне проводит различия между большими и маленькими буквами, т. е. символ G исимвол q в названии файла будут восприняты совершенно одинаково),символы $ & # @! °/° л 0 {}[]-_ и цифры. Недопустимоиспользование символов? *.,:; = + / \ | и символа кавычек.
FAT 32. На смену FAT16 пришла FAT32. Принципиальным отличием FAT32 отFAT16 в том, что она идентифицирует записи, соответствующие дисковым кластерам,при помощи 32-разрядных чисел, т. е. максимальное количество записей становитсяравным 4 294 967 296 (232). Это позволило обеспечить поддержку дисковогораздела до 2 Тбайт. Во всем остальном FAT32 «повторяет» FAT 16.
Имя файла в ОС Windows 9Х, NT, 2000, ХР длина имени файла вместе срасширением может достигать 255 символов. Нельзя использовать символы? *: / \|
В Windows 9х для совместимости с ранними версиями MS-DOS введенопонятие короткого имени, или DOS. Формируется оно следующим образом. Если имяфайла в WINDOWS 9Х соответствует всем требованиям имени DOS, то имя DOS будет вточности соответствовать имени WINDOWS 9Х, только большие буквы станутмаленькими. Если имя WINDOWS 9Х имеет большую длину, чем допустимо в DOS, токороткое имя будет сформировано чаще всего так: от имени будет оставлено 6символов, к нему будет добавлено ~1, а расширение также будет усечено до трехсимволов. Если в имени WINDOWS 9Х встречаются символы, запрещенные в DOS, тоони будут заменены на _ (символ подчеркивания).
NTFS. New Technology File System (NTFS) по сравнению с FAT являетсяболее сложной структурой и с более широкими возможностями. Она не хранит всюинформацию о расположении файлов в одном месте, сведения о распределениидискового пространства между файлами сохраняются в составе специальных пакетов.
Файловая система NTFS обладает встроенной поддержкой длинных имени расширяемых атрибутов файлов. Благодаря этому, разделы NTFS могут хранитьинформацию, связанную с защитой файлов, аудитом доступа к файлам, а такжесведения, связанные с правами на владение файлами.
В NTFS можно задавать дисковую квоту, суть которой в том, что пользователюможно назначить определенный размер дискового пространства, который он можетиспользовать для хранения своих файлов.
Новыевозможности NTFS версии 5, начиная с Windows 2000, позволяют задействоватьархитектуру открытых ключей для шифрования файлов, каталогов или томов спомощью специальной системы шифрования. С помощью возможности монтированияможно подсоединить любой диск в любое место файловой системы.
NTFS поддерживает диски, максимальный размер которых может достигать16 Экзабайт (экзабайт — это 1 073 741 824 Гбайт). Это практически безграничныйразмер, который в обозримом будущем на практике вряд ли будет достигнут.
Когда имеет смысл переходить на NTFS? Основными условиями такогоперехода является то, в каких целях используется компьютер и каков размеримеющейся оперативной памяти. Во-первых, NTFS работает несколько медленнее, чемFAT, из-за дополнительно загружаемых служб и систем безопасности. Во-вторых,если размер оперативной памяти небольшой, то переходить на NTFS нежелательно.
Если диск или раздел преобразован в формат NTFS, то его нельзяпросто преобразовать обратно в формат FAT или FAT 32. Необходимо переформатироватьдиск или раздел, что приведет к уничтожению всех содержащихся в нем данных,включая программы и личные файлы пользователя.
В табл. 2 приведены данные по совместимости каждой файловой системыс различными ОС и сведения по размерам дисков и файлов.
Таблица 2. Сравнение файловых системХарактеристика NTFS FAT FAT32 Типы ОС Windows ХР или 2000. Для Windows NT 4.0 с пакетом обновления версии 4 или более поздней, может получить доступ к некоторым файлам MS-DOS, любые версии Windows, OS/2 Windows 95 OSR2, Windows 98, Windows ME, Windows 2000, Windows XP Размер тома 10 Гбайт — 2 Тбайт 1,44 Мбайт -4 Гбайт 512 Мбайт -2 Тбайт Максимальный размер файла Ограничен только размером тома 2 Гбайт 4 Гбайт Использование для дискет Нет да нет Безопасность Высокая низкая низкая Требования к размеру оперативной памяти Высокие низкие низкие Быстродействие Низкое высокое высокое
6.1 Файловая система CD-ROM
Организацию файловой системы на CD-ROM описывает стандарт ISO9660. Уровень 1 этого стандарта включает форматы файловых систем MS-DOS и HFS(Apple Macintosh), а уровень 2 описывает файловую систему с длинными именами иуровнем вложенности до 32.
Расширение Rock Ridge описывает формат файловой системы UNIX.
Частным случаем CD-R является формат Kodak Photo CD, используемыйдля многосеансовой записи коллекций фотографий. Photo CD использует форматCD-Bridge, оформленный в файловую систему ISO 9660. Диски Photo CD могутвоспроизводиться специальными проигрывателями на бытовой телевизор илисчитываться компьютерными дисководами CD-ROM.
6.2 Файловая система DVD-Video
Для дисков всех типов (DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio) используется общаяфайловая система UDF Bridge Format. Она является комбинацией Micro-UDF и ISO9660. UDF (Universal Disk Format) — файловая система, разработанная ассоциациейOSTA (Optical Storage Technology Association) на базе стандарта ISO 13346.
Базовой единицей файловой системы DVD-диска являются файлы VOB(Video Object), которые включают в себя не только видео- и аудиоданные, новспомогательные субизображения и данные по навигации. Каждый VOB-файл построениз ячеек — самых мелких единиц DVD-диска, к которым можно адресоваться приинтерактивном просмотре. Они состоят из целого числа групп изображений (MPEGGOP). Ячейки связаны друг с другом навигационными цепочками, определяющимипорядок воспроизведения ячеек (переходов между ними) в соответствии с выбраннойпрограммой.
6.3 Файловая система MacOS
ОС MacOS, используемая в компьютерах Apple Macintosh, — это иерархическаяоптимизированная для работы с дисками больших размеров, а размер кластера дажена многогигабайтных дисках составляет 1-2 Кбайта.
В MacOS у файлов нет трехбуквенных расширений — максимальная длинаимени файла — 255 символов.
Но это толькопользователю не предоставляется никаких расширений, в действительности рольрасширений играет два параметра. Каждый из этих параметров представляет собойобыкновенное 32-битовое число без знака, которое принято для удобствапередавать комбинациями из 4 символов ASCII. Этот тип-амфибия очень широкоприменяется в MacOS для идентификации типов ресурсов, для самых разнообразныхдескрипторов в Apple Events, для идентификации содержимого буфера обменаданными.
Параметрами файла являются его тип и сигнатура (подпись). Комбинацииэтих двух параметров обычно соответствует комплект значков разного разрешения иразмера. Тип файла, например, 'TEXT', APPL', 'EPSF', 'PDF ', несет сведения оего формате.
В именах файлов в MacOS можно применять любые символы, кромедвоеточия. Двоеточие в MacOS выполняет примерно ту же функцию, что косая чертаразной ориентации выполняет в UNIX или DOS — разделитель в имени файла,позволяющий определить путь к нему.
6.4 Файловые системы UNIX и Linux
Обычные файлы в UNIX состоят как бы из двух частей, разобщенных впространстве на диске, но обязательно находящихся в одном дисковом разделе.Первая часть — область метаданных, в которой записываются идентификатор диска,сведения об атрибутах файла, а также информация о том, в каких блоках дисковогораздела физически размещена область данных файла. Вторая часть содержит тесамые последовательности байтов, которые образуют доступный пользователю текств формате ASCII.
Имя — это атрибут не файла, а файловой системы. И именно для егохранения предназначены файлы особого типа — каталоги (директории в терминахDOS).
Имена файлов, через которые они включаются в файловую систему, фигурируюттолько в составе каталога, к которому файл приписан, — и больше нигде. И потомуудаление файла в UNIX — это операция не с ним самим, а с данными его каталога.
Такой способ организации связи между содержимым файла и его именемназывается жесткой ссылкой (hard link). Из него следует, что один и тот женабор данных и метаданных может иметь любое количество имен.
Файловаясистема ext2fs — типичная представительница UNIX-клана. За счетэффективного кэширования дисковых операций она обеспечивает высокоебыстродействие. Но у неё относительно слабая устойчивость к сбоям и отсутствуетмеханизм журнализации (нечто вроде файла логирования (регистрации,протоколирования) дисковых операций, в котором фиксируются не выполненные, атолько предстоящие операции с метаданными, что обеспечивает самовосстановлениецелостности файловой системы после сбоя).
Из файловых систем с поддержкой журнализации наибольшее признаниеполучили ReiserFS, ext3fs, XFS. Для создания любой из этих файловыхсистем нужно воспользоваться специальной командой.
В общем, Linux похожа на NTFS: есть понятия корневого каталога, подкаталогови файлов, представляющих собой различные единицы данных. Так как в Linux неиспользуется понятие диск (drive), то ее файловая система монтируется в каталогивнутри корневого каталога. Наборы разрешений и права владения для файлов икаталогов определяют, какими разрешениями обладает пользователь: чтение (read),запись (write) или исполнение (execute).
Для разныхцелей Linux использует различные каталоги (это имеет место и в Windows). Естькаталоги, которые называются /etc, в них содержатся наиболее важные для Linuxконфигурационные файлы; есть каталоги /home, в которых находятся домашниекаталоги пользователей. Пользователь с именем root также имеет свой домашнийкаталог /root